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煤矿***多通道光纤传感检测仪的研究与开发

(申请工学硕士学位论文)




煤矿***多通道光纤传感检测仪的
研究与开发





李政颖
培养单位:自动化学院
学科专业:控制理论与控制工程
研究生:李政颖
武汉理工大学
指导老师:姜德生教授


2007 年 4 月
独创性声明


本人声明,所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研
究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其
他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得武汉理工大学或其它教育
机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何
贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。


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关于论文使用授权的说明


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签名: 导师签名: 日期:
分类号密级公开
UDC 学校代码 10497

学位论文


题目煤矿***多通道光纤传感检测仪的研究与开发
英文 Research of fiber optic
题目 sensor with multi-channel for coal mine
研究生姓名李政颖
姓名姜德生职称教授学位
指导教师
单位名称光纤传感技术研究中心邮编 430070
申请学位级别硕士学科专业名称控制理论与控制工程
论文提交日期 2007 年 4 月论文答辩日期 2007 年 5 月
学位授予单位武汉理工大学学位授予日期
答辩委员会主席袁佑新评阅人王立新
王洪海



2007 年 4 月
摘要
在我国,煤炭行业中的***灾害始终是煤矿安全生产的大敌,目前已成为
制约煤矿安全生产的主要矛盾。在煤矿开采过程中,安全方面的隐患正在逐渐
增多,***事故,特别是重大、特大***事故在煤矿事故中占的比例逐年升高,
不容忽视。因此,实时检测甲烷气体的产生源、泄露源及浓度,对工矿安全运
行,人身安全及环境保护有着十分重要的作用。
本课题是对光纤气体传感器的研究和进行系统实验,以达到光纤气体传感
器在工业现场广泛应用的目的。重点对甲烷和乙炔气体的检测进行了研究,并
研制出仪器仪表、传感器、数据分析处理显示系统,对煤矿井下采掘工作面、
回风巷道、机电峒室等有***爆炸气体环境中对***浓度进行连续测定,显示
***瞬时浓度,超限报警,输出与被测***含量成正比的频率信号。对系统进
行了本质安全防爆设计,能够用于矿井采掘现场,在煤矿安全防爆的监控中,
与各种煤矿安全监测系统配套使用,实现了光纤气体传感器的实用化。本文设
计的实验方案主要包括以下几个方面:
1) 分析了气体光谱吸收的基本原理,并对可调谐半导体激光吸收光谱技术
(TDLAS)做了详细讲述。TDLAS 的测量方法有两种,在实验的基础上比
较了两种方法的测量精度的差别,选择了测量精度高的方法。
2) 利用 HITRUN 数据库对测量气体的吸收峰进行了筛选,选择了吸收强度最
强,气体之间相互影响小的吸收峰。并且在选择好波长和测量方法的基础上,
对光源及光电二极管进行了选型。
3) 在理论分析的基础上,本文进行了光路、电路和气室的设计。在电路设计上
采用锁相放大器来提取微弱信号,最大限度的抑制噪声,提高系统的信噪比。
4) 对系统进行本质安全防爆设计,能够更好的应用于矿井现场实时测量。
5) 多通道同时在线实时测量的设计,大大降低了成本。
6) 依据双光源方法进行测量多种气体光纤气体传感器的研究。以检测甲烷和乙
炔气体为例,对双光源方法的可行性、稳定性和测量精度做了具体分析。

关键词:光纤气体传感器,光谱吸收,可调谐半导体激光技术,本安特性
I
ABSTRACT
It is gas calamity that imperils the safety of mining industry in our country. It has
been the most serious matter which restricts the development of the mining industry.
In mining exploit